张弦梁支护系统在基坑支护钢结构内支撑中运用分析

为了解决基坑支护施工过程中可能存在的施工质量、安全风险、施工效率等方面的问题,本文介绍了一种全新的基坑支护钢结构,分析张弦梁支护系统在基坑支护钢结构内支撑中运用情况,明确这一施工工艺在实际应用过程中存在的问题。在此基础上,结合天地幼儿园建设场地这一实际案例,提出基坑支护施工过程中的施工流程、施工工艺细节观点。从这一案例和实际分析来看,可以得出张弦梁支护系统能够有效提升基坑支护施工安全与效率的结论。

隧道开挖对穿越隧道现有支护系统的影响

为研究垂直交叉隧道开挖时对现有隧道支护系统的影响,采用全三维有限元与弹塑性材料模型相结合的方法,研究了山区垂直穿越隧道间的相互作用。分析结果表明:新建隧道施工的影响下,水平应力较高的地区已有隧道喷射混凝土衬砌内侧处于受拉状态;在拱顶和仰拱处于受压状态,在离洞口地段受拉较大。新隧道掘进时顶部既有隧道锚杆的拉力减小,深埋隧洞上覆土层使现有混凝土衬砌产生压缩破坏,且在隧道顶板周围既有锚杆拉力显著增大。为保证既有隧道的稳定性,浅埋隧道优先安装时,既有喷射混凝土衬砌两侧需进行局部加厚,深埋隧道优先安装时,既有喷射混凝土衬砌顶部需进行局部加厚。

顶板-支护系统准共振诱发冲击地压机制研究

冲击地压的发生机制与防治是煤矿动力灾害研究的重要问题。巷道顶板-支护系统在围岩扰动作用下存在接近共振状态的准共振现象将诱发顶板支护系统的冲击灾害,表现为顶板的位移、速度、加速度3种准共振强响应。依据支护失稳及支护塑性屈曲判别条件,给出支护动载破坏的3个安全系数及相应的危险扰动频率比区间,同时针对顶板支护系统准共振诱发的冲击灾害给出支护阻尼防冲控制分析。结果表明:在外界扰动力幅值低于静载下的支护临界破坏载荷时,顶板-支护系统的准共振现象是导致支护冲击破坏的主要原因;支护破坏的准共振危险扰动频率比区间与顶板支护系统的阻尼比及力幅比有关,随着阻尼比的增加,顶板准共振时的位移、速度及加速度响应幅值均减小,支护阻尼是对3种准共振响应均敏感的控制量;随着顶板支护系统阻尼比的增大或力幅比(外界扰动力幅值与支护静载破坏临界载荷之比)的下降,支护的危险扰动频率比区间范围将缩小甚至消失,同时阻尼比和力幅比取值均较小时,顶板支护系统在3种准共振下的危险扰动频率比取值区间较为接近。该研究将丰富对冲击地压发生机制的认识,同时对支护防冲控制设计具有参考价值。

济三煤矿坚硬顶板下回采巷道支护系统抗冲击能力分析

煤矿开采面临的煤岩冲击危险直接影响矿井的安全高效生产和工人的生命安全,对现有巷道锚杆支护系统的抗冲击能力提出了更高的要求。以济三煤矿183下05工作面胶运巷为工程背景,结合工作面回采过程中微震监测结果及防冲措施等,采用动静载能量平衡原理和围岩体能量衰减特征相关理论,对不同顶板条件下胶运巷的初始支护强度开展了抗冲击能力分析,并提出了冲击地压巷道支护方案的优化建议,可为类似冲击地压巷道围岩安全稳定控制提供了借鉴和参考。

准东二矿大巷及工作面顺槽支护系统抗冲击能力校核

巷道围岩支护能力不足易导致冲击地压的发生,支护系统抗冲击能力成为矿井安全高效开采亟待解决的问题。以国家能源集团准东二矿巨厚强冲击倾向性煤层为例,运用支护系统防冲能力计算原理,完成并评估了大巷及1101工作面顺槽支护系统的抗冲击能力,同时确定了1101工作面超前支护长度。研究结果表明:大巷及工作面顺槽帮部支护能力均大于顶板,支护系统均能够承受弱冲击危险性事件的发生;1101工作面动压影响范围为150 m,结合冲击地压防治工作对工作面超前支护范围不得小于120 m的要求,认为1101工作面超前支护长度为150 m较为适宜。研究结果为矿井冲击地压防治及巷道支护优化提供依据。

大台井“川法”支护系统抗冲击能力分析

通过理论计算,分析在冲击载荷作用下"川法"支护系统的抗冲击能力,探讨相关参数如支柱的密集程度、垫层的厚度与弹性、煤层的倾角与厚度,特别是顶板冒落岩块的大小与冒落位置,对支护系统抗冲击能力的影响,为大台井修订采煤作用规程提供理论依据,为在京煤集团各矿推广"川法"提供理论指导。

高地应力大变形隧道支护系统的试验研究

乌鞘岭隧道穿越由多条断层组成的挤压构造带,存在较高的地应力,而且,岭脊段穿越的板岩夹千枚岩地层,围岩破碎,强度极低,施工初期出现了罕见的初期支护大变形,喷射混凝土严重开裂、破损,型钢钢架扭曲变形,部分出现折断,严重影响了施工安全与工程进度。为解决高地应力、大变形隧道工程的稳定控制技术难题,在工程现场设置了4种不同的支护参数工程试验段,实施了隧道表面位移与结构内力监测,以围岩与支护结构变形为主要评价指标进行了对比分析,研究结果表明:1)隧道拱脚与拱腰处局部大变形和偏压作用是隧道初期支护结构的扭曲与破坏的主要原因;2)柔性预应力锚索可取代临时横向支撑,初期支护H175钢拱架优于常用的I20钢拱架;3)以H175钢拱架+柔性预应力锚索+钢纤维喷射混凝土为结构组成的初期支护系统,能够较好地控制乌鞘岭隧道高地应力软弱围岩大变形。

深部厚顶煤巷道让压型锚索箱梁支护系统布置方式对比研究

针对深部厚顶煤巷道围岩变形特点,以"先控后让再抗"为支护理念,设计了让压型锚索箱梁支护系统横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种不同布置方式的支护方案。数值试验结果表明,纵横组合方案具有最好的围岩控制效果,横梁方案支护效果相对较差。对让压型锚索箱梁支护系统的4种方案进行了现场试验,监测结果显示,纵横组合方案作用下的围岩变形量最小,其两帮移近量和顶板沉降量仅为120 mm和90 mm,同时该方案支护反力最大;锚杆、锚索受力与巷道围岩控制效果相对应,且锚索让压环作用明显;设计制作的测力箱梁监测表明,箱型支护梁受力合理协调,材料性能发挥充分。对让压型锚索箱梁支护系统及其不同布置方案的作用机制进行了探讨。综合分析表明,深部厚顶煤巷道中,优先选用让压型锚索箱梁支护系统中的纵横组合与纵向单梁方案,可有效地控制巷道围岩变形,满足支护要求。

复杂围岩环境下大断面巷道支护系统研究与实践

在高、低位复合顶板不同地质条件下及时调整锚杆(索)的支护参数是能否保证全煤巷道稳定的关键.采用离散元数值计算方法研究了大断面切眼在不同断面不同工况条件下的塑性区分布及位移,结果表明,在高位复合顶板条件下,加大锚索长度及预紧力是改善支护效果的重要手段;在低位复合顶板条件下,调整锚杆参数或变锚杆为短锚索是一种行之有效的方法.经过反复实践证明使用槽钢梁与锚索组合的支护效果明显优于钢带与锚索的组合,并将槽钢梁与顶板钢带垂直布置,与钢筋网组合使用,有利于实现载荷均匀化,可以明显改善巷道围岩环境.

深部断层破碎带竖井围岩与支护系统稳定性分析

将收敛-约束法应用于煤矿竖井支护结构稳定性分析当中,通过现场勘察与数值模拟手段,采用Hoek-Brown准则计算得出竖井围岩特征曲线与纵剖面变形曲线,结合现场采用的支护结构参数,绘制出支护结构特征曲线,分析围岩-支护相互作用关系,揭示该竖井支护结构破坏机理。引入高强预应力锚索进行高阻让压的思想,通过建立三维数值模型计算出围岩-支护相互作用关系曲线,确定合理的围岩位移释放量,指导混凝土二次支护时机。研究结果表明:Hoek-Brown模型计算结果与现场实际情况相符,收敛-约束法能够直观地评价支护系统的稳定性,提出的设计方案在现场实际应用中取得了理想的效果。

降雨入渗对浅埋偏压隧道及其支护系统的影响

利用渗流-应力耦合方法对浅埋偏压隧道在降雨入渗情况下的稳定性做了三维数值分析。模拟了隧道的开挖、锚杆支护和衬砌支护过程,以及完工后长期降雨对隧道及其支护系统的影响。锚杆使用杆单元模拟,采用杆单元埋入实体单元技术,简化了有限元建模过程。计算模型对隧道有无排水系统的情况作了仔细分析,结果表明,在不排水条件下,降雨入渗将使隧道衬砌的最大弯矩增加近1倍,锚杆上的最大轴力增加近20%;而在排水条件下,衬砌和锚杆上的力学行为和降雨前相比,并无明显变化。因此,隧道排水系统的合理设置,对于降雨期间的隧道稳定性和支护系统的力学行为有重要影响。

杆状支护系统的耦合模型及应用

锚杆/锚索等杆状支护系统在土木工程界的应用很广。但到目前为止,杆状支护物与被支护体之间的耦合机理却尚未十分清晰,有关支护效果的可靠合理的评价方法也并未成熟。基于Shear-Lap理论,提出一种改良的计算分析方法来描述杆状支护材料、交界面和被支护体之间的耦合作用机理。分析锚杆拉拔试验中由耦合到破坏的整个过程,提出一个计算交界面真实粘结强度的新方法。普通拉拔试验中,交界面的平均剪切强度低于其真实强度。二者的差别受支护杆的锚固长度和试件材料的物理力学性质的影响。若忽略试件材料的变形模量,可能导致试验的计算值与真实强度之间出现很大的偏差。分析不同变形模量试件体的拉拔试验过程,对于软岩支护中金属体的室内拉拔试验,建议试件材料的变形模量和相应的锚固长度。圆形隧道周边锚杆的受力状态分析表明,锚杆受力后存在拉拔区、中性点和锚固区。中性点的位置不但和隧道的几何尺寸有关,还与岩石的物理力学性质有关。计算结果和实测结果进行了对比,二者较为接近。

超前液压支架与围岩耦合支护系统及其适应性研究

为解决工作面采动应力影响范围内动压巷道的支护难题,采用数值模拟和现场监测相结合的研究手段,分析采动应力影响范围和分布规律,得出了东滩煤矿深部综放工作面沿空巷道超前支承压力影响范围宽为45-68 m;榆神矿区坚硬完整围岩大断面巷道超前影响距离为20-30 m,相对剧烈影响段在20 m内。提出＂低初撑、高工阻＂非等强耦合支护理念和超前支护设计原理,并采取凹凸型顶梁结构、增大移架步距、带压擦顶移架、交替迈步自移、增设调架机构等措施,使超前加强支护系统与锚网索支护系统相匹配,实现超前支护系统与围岩强度耦合、结构耦合以及稳定性耦合,增强系统适应性,达到协同支护的目的。同时,研制出适应不同开采技术条件、不同开采方式的一系列超前液压支架,并在多个矿区推广应用,取得了良好使用效果。

高强锚杆支护系统抗撕裂钢带的研究

针对深井高应力综放沿空煤巷高强锚杆支护系统中小刚度钢带易被撕裂的特点 ,对钢带作用机理进行了分析 ,指出了目前煤矿巷道常用 4种钢带 (梁 )存在的缺点 ,研制开发了一种新型的大刚度抗撕裂M形钢带 ,并在东滩煤矿深井高应力沿空工作面巷道及沿空大断面切眼进行了工业性试验 ,取得了良好的效果。

金华大厦基坑工程支护系统的数值分析

利用国际著名的MARC非线性软件,针对基坑工程的特点,建立了围护结构和支撑内力的计算模型。以所建立的模型为基础,针对支护方案多次变更的实体基坑工程进行了计算分析,讨论了工程决策的科学性和合理性。

复合顶板薄及中厚煤层智能超前支护系统研制及应用

针对龙滩煤矿复合顶板薄及中厚煤层传统超前支架存在顶板破碎严重、空间位置受限、推移困难、劳动强度大的问题,从巷道围岩控制和超前支架快速推进角度出发提出设计原则,运用理论计算和结构设计方法,研发了一种由8架超前支架和2架端头支架组成的轻型横向自移式超前液压支护系统。龙滩煤矿3124S工作面现场应用效果表明:超前支架组架间留空按800 mm布置,推移1个超前支架,顶板所受支撑破坏减少2次,保证了顶板的稳定性;结构紧凑的超前支护系统有效解决了薄-中厚煤层设备配套空间布置不合理的问题;整体式底座配合双推移千斤顶在双抵帮装置协助下确保超前支架顺利协调前移,大幅减少了停机时间,工作面推进速度提升15%~20%;配套视频监控系统、控制系统、传感系统,实现集控中心对超前支架系统的远程控制和人工干预,大幅降低了工人劳动强度,每班超前维护人员减少67%。新型超前支护系统的应用为智能化综采工作面安全高效生产提供了保障。

基于冲击控制的释能吸能支护系统研究

为了有效控制冲击地压灾害,以高强度释能吸能支护系统为研究方向,选取彬长矿区高家堡煤矿深井冲击倾向性煤层的采掘活动为试验对象,分析了围岩应力-应变关系,研究了围岩支护特性曲线,结合冲击地压能量传播特性,提出了冲击地压条件下的支护系统"工况点漂移假说"和"漂移功"的概念。提出了基于安装载荷、支护强度、锚杆长度、围岩表面位移和冲击功的支护系统五维工况设计,开发了释能吸能抗冲支护五维工况点图解法,确定了合理的支护工况参数。高家堡煤矿203回风巷进行工业性试验,工作面采掘期间未发生强动力现象,矿压参数观测结果与设计一致,验证了释能吸能支护系统设计对冲击地压控制的可行性。

岩质路堑边坡柔性支护系统防护性能分析

针对柔性支护系统在边坡防护应用中按工程经验进行设计的现状,利用FLAC3D对实体工程中典型风化岩质路堑边坡在采用3种柔性支护系统后的稳定性能指标进行了定量分析。结果表明:简单维护和加筋维护系统的加固性能相近且加固效果较弱;主动加固柔性支护系统加固效能优异,其边坡安全系数增幅、最大位移减小量分别为前两种系统的4倍和1.5倍,并能有效地减小边坡的受力;各柔性支护系统对边坡局部失稳的防护效果明显优于对整体失稳的防护效果。

基于有限元数值模拟的基坑联合支护系统分析

劲性水泥土桩嵌合钻孔桩支护系统作为一种灵活有效的悬臂排桩软土基坑联合支护模式,已在多个工程中得到成功应用。该支护系统经济可靠性的关键在于钻孔桩嵌合密度的选择。通过确立计算模型方案,运用ANSYS对三维有限元数值模拟计算结果进行塑性区分析和应力分析。结果表明:随着嵌合钻孔桩密度由大到小,塑性区分布范围首先出现在位于中间部位的劲性水泥土桩上部,表明中间部位的劲性水泥土桩是最薄弱环节,将最早出现一定程度破坏,而剪切破坏则最易发生在支护系统在基坑支护的中下部。劲性水泥土桩嵌合钻孔桩联合支护系统中,不同的钻孔桩嵌合密度会带来不同的基坑联合支护效果,嵌合钻孔桩密度越大,支护效果越好。

深基坑支护系统的模糊综合评判

深基坑支护系统方案的优劣评价是一个十分复杂的系统工程问题,其中涉及与方案设计、造价经济、环境保护、工程施工等要素相关的诸多指标因素.通过建立深基坑支护系统评价指标体系并在确定其中各指标因素权重的基础之上,运用模糊综合评判法,将众多的指标因素合成为一个统一的评价参数,即综合评判结果,用以评价深基坑支护系统方案的优劣程度.